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Un Nobel per la Cosmologia

articolo di Battistelli Francesco

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Il 4 ottobre 2011 nella prestigiosa Concert Hall di Stoccolma i tre astronomi Saul Perlmutter (University of Berkeley), Brian Schmidt (Australian National University) e Adam Riess (John Hopkins University) hanno ricevuto il premio Nobel per la Fisica "per la scoperta dell'espansione accelerata dell'Universo attraverso l'osservazione delle supernovae lontane". Si tratta del terzo premio assegnato alla cosmologia, dopo i Nobel per la Fisica del 1978 e del 2006 che avevano premiato la scoperta e lo studio della radiazione cosmica di fondo.

La loro scoperta risale al 1998, quando i due gruppi indipendenti Supernova Cosmology Project (guidato da Saul Perlmutter) e High-z Supernova Search Team (guidato da Brian Schmidt) stavano inseguendo da qualche anno le esplosioni delle supernovae Ia. Si tratta di nane bianche, stelle un tempo di massa simile al Sole che hanno ormai esaurito la loro fonte di energia; perduti gli strati esterni, quello che resta è una sfera densissima di carbonio e ossigeno che va lentamente raffreddandosi. Se la nana bianca si trova in un sistema binario e la sua compagna è una stella più massiccia e meno densa, la materia di quest'ultima viene risucchiata dalla piccola stella compatta che in questo modo aumenta la sua massa.

Ma le nane bianche non sono stabili, perché l'impacchettamento dei suoi atomi resiste solo fino a 1,4 masse solari: superato quel limite (detto limite di Chandrasekhar) la stella non regge la pressione ed esplode disintegrandosi, emettendo una potentissima luce con un andamento caratteristico. Per questo motivo le supernovae Ia sono ottime "candele standard", utilizzate come le più famose Cefeidi per misurare le distanze degli oggetti lontani che le ospitano e studiate per conoscere come cambia nel tempo il tasso di espansione dell'universo.

Inseguire le supernovae non è semplice, in quanto non si sa dove e quando esploderanno, per questo i due gruppi stavano tenendo il cielo sotto controllo utilizzando i telescopi più potenti sulla Terra e l'Hubble Space Telescope. Ebbene, la scoperta del 1998 è stata inattesa e straordinaria! Le supernovae con redshift più alto avevano una luminosità più debole di quanto ci si aspettasse, e questo significava che, in assenza di altri fenomeni che potessero ridurne o assorbirne la luce, la loro distanza da noi era maggiore del previsto. La conclusione accettata dalla comunità scientifica è che l'espansione dello spazio stia accelerando da circa 4 miliardi di anni, evento inatteso per un Universo contenente materia, la cui espansione avrebbe dovuto progressivamente rallentare in quanto sottoposta all'effetto frenante della forza di gravità.

Ma che cosa può provocare una espansione accelerata? Un effetto simile, di tipo anti-gravitazionale, era stato previsto da Einstein, che per evitare il collasso dell'Universo aveva inserito nelle sue equazioni un parametro matematico detto "costante cosmologica", poi da lui definito il più grave errore della sua vita... che la costante di Einstein sia risorta dalle sue ceneri? Per ora gli scienziati definiscono ciò che provoca l'espansione accelerata sotto il nome generico di energia oscura, e prendendo per buoni i dati desunti sia dall'osservazione delle supernovae che dallo studio della radiazione di fondo dovrebbe costituire i 3/4 della densità energetica dell'Universo (il resto del contributo deriva dalla materia). Che cosa sia questa energia oscura non si sa, c'è chi propone l'energia del vuoto della meccanica quantistica, chi introduce una energia potenziale il cui valore non è costante (definita pomposamente quintessenza), chi tira in ballo stringhe multidimensionali e universi paralleli... e chi è convinto che la nostra fisica non sia adeguata e che dopo un secolo occorra una nuova rivoluzione che unifichi relatività e meccanica quantistica.

Nel frattempo godiamoci questo riconoscimento e aspettiamo di vedere cosa si riuscirà ad osservare nelle profondità dell'Universo, visto che in astronomia da Galileo in poi tutte le teorie, anche le più affascinati, hanno sempre bisogno di una solida base fornita dalle osservazioni.


 
Montaggio con i ...
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osservatorio
Questo articolo è stato pubblicato sul giornalino Pulsar (numero 35, anno 2012)

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